Des matériaux non toxiques pour une imagerie par rayons X plus efficace

Une équipe multidisciplinaire de l’Université des Sciences et Technologies du Roi Abdullah (KAUST) se démarque en matière de recherche, en créant des matériaux de scintillation innovants destinés à l’imagerie par rayons X. Ces substances, une fois traversées par les rayons X, produisent une lumière particulière, ou « scintillent« , permettant ainsi de révéler des détails précis de l’échantillon examiné.

Dans le monde entier, les chercheurs sont constamment à la recherche de nouveaux scintillateurs offrant une plus grande sensibilité, un coût moindre et une fabrication simplifiée. Les alternatives les plus prometteuses ont longtemps été des composés contenant du plomb, malgré leur toxicité et leur instabilité limitant leur potentiel commercial.

L’équipe de recherche du Dr Omar Mohammed, composée notamment du postdoctorant Hong Wang et du doctorant Tengyue He, s’efforce d’explorer les possibilités offertes par des matériaux sans plomb, chimiquement stables, non toxiques et faciles à traiter.

“Nous avons été surpris de découvrir que des composés appelés halogénures d’organocuivre présentent d’excellentes réponses aux rayons X, notamment un rendement lumineux élevé et une limite de détection faible”, affirme Hong Wang. “Nous n’avons pas cru ce résultat avant de l’avoir vérifié à maintes reprises.”

De nouveaux défis techniques relevés

Intégrer ces nouveaux matériaux dans des écrans de scintillation uniformes a représenté un défi technique conséquent. L’équipe a mené un processus d’exploration rigoureux afin d’optimiser les techniques de préparation.

Elle a finalement réussi à combiner leurs halogénures avec un polymère organique pour obtenir un écran d’imagerie par rayons X doté d’un niveau de scintillation exceptionnel. “Il présente l’une des valeurs les plus élevées jamais rapportées pour des matériaux de scintillation basés sur des halogénures métalliques organiques”, précise Hong Wang.

Des résultats prometteurs en termes de résolution et de détection

Dans le cadre de travaux connexes, également dirigés par Mohammed, Tengyue He et ses collègues ont développé d’autres composés de scintillation à base d’halogénures de cuivre. Ils ont fabriqué deux types de scintillateurs sous forme de nano-tiges et de nanoparticules, qui ont également présenté des rendements élevés et une résolution d’imagerie spatiale très impressionnante.

La résolution d’imagerie des écrans basée sur ces innovations est 150% supérieure à celle des systèmes commerciaux actuellement disponibles, tout en présentant une homogénéité nettement améliorée par rapport aux écrans fabriqués avec d’autres mélanges de polymères/poudres.

Par ailleurs, l’équipe parvient à détecter des rayons X à des niveaux ultra-bas, entre 55 et 92 fois inférieurs aux niveaux actuellement requis pour les examens médicaux standard aux rayons X. Cette réalisation pourrait réduire de manière significative l’exposition aux rayons X et les risques pour les patients si ces nouveaux scintillateurs étaient intégrés dans la technologie commerciale standard.

En synthèse

En conclusion, l’équipe de recherche de KAUST a réussi à mettre au point des matériaux de scintillation novateurs offrant une sensibilité et une résolution d’imagerie remarquables, tout en minimisant les risques sanitaires liés à la toxicité du plomb. Ces innovations ouvrent des perspectives enthousiasmantes pour l’amélioration de l’imagerie par rayons X, avec un impact potentiel significatif dans les domaines médical, industriel et de la sécurité.

• Wang, H., Wang, J-X., Song, X., He, T., Zhou, Y., Shekhah, O., Gutierrez-Arzaluz, L., Bayindir, M., Eddaoudi, M., Bakr, O. M. & Mohammed, O. F. Copper organometallic iodide arrays for efficient X-ray imaging. ACS Central Science 9, 668 – 674 (2023). article

• He, T., Zhou, Y., Yuan, P., Yin, J., Gutierrez-Arzaluz, L., Chen, S., Wang, J-X., Thomas, S., Alshareef, H. N., Bakr, O. M. & Mohammed, O.F. Copper iodide inks for high-resolution X-ray imaging screens. ACS Energy Letters 8, 1362-1370 (2023). article